Σοκαριστικοί νέα! Από κοινού επίτευγμα της Enigma και του Πανεπιστημίου NOVA της Λισαβόνας: Η βελτιστοποίηση της διαδρομής βελτιώνει την απόδοση του κράματος Inconel 625 σε θερμοκρασία δωματίου και υψηλή θερμοκρασία.

Ως μια επερχόμενη τεχνολογία προσθετικής κατασκευής, το DED (Άμεση Ηλεκτρική Εκκένωση) έχει δείξει μοναδικά πλεονεκτήματα στην κατασκευή κράματος Inconel 625 λόγω της υψηλής απόδοσης, του χαμηλού κόστους και των δυνατοτήτων δημιουργίας μεγάλης κλίμακας. Ωστόσο, η παραδοσιακή διαδικασία DED οδηγεί συχνά σε στηλοειδή κρυσταλλική δομή με ξεκάθαρο προσανατολισμό <001>, κάτι που καθιστά δύσκολη την επίτευξη τόσο της ιδανικής αντοχής όσο και της δυσκαμψίας του υλικού.

I. Υπόβαθρο και Σημασία της Έρευνας

Πρόσφατες μελέτες έχουν δείξει ότι η αύξηση της πυκνότητας ενέργειας γραμμής (LED) μπορεί να βελτιώσει αποτελεσματικά τις ιδιότητες του κράματος Inconel 625 μετατρέποντας στηλοειδείς κόκκους σε σχεδόν ισοαξονικούς κόκκους. Ωστόσο, ο συγκεκριμένος μηχανισμός που διέπει τον ρόλο της εναλλαγής διαδρομής εκτύπωσης παραμένει αδιευκρίνιστος. Επιπλέον, οι μοναδικές χαρακτηριστικές ιδιότητες των επιφανειών μεταξύ των στρώσεων στην προσθετική κατασκευή επηρεάζουν σημαντικά τις μηχανικές ιδιότητες του υλικού, ιδιαίτερα σε υψηλές θερμοκρασίες, όπου μπορούν να οδηγήσουν σε συγκέντρωση παραμόρφωσης στις επιφάνειες και πρόωρη αστοχία. Συνεπώς, η διερεύνηση των μηχανισμών επίδρασης των επιφανειών μεταξύ των στρώσεων σε διαφορετικές θερμοκρασίες είναι ιδιαίτερα σημαντική για τη βελτιστοποίηση των διεργασιών και την ενίσχυση των ιδιοτήτων των υλικών .

Με βάση το παραπάνω θεωρητικό υπόβαθρο, Η Enigma συνεργάστηκε με μια ομάδα από τον τομέα Τεχνολογίας και Το Πανεπιστήμιο NOVA της Λισαβόνας στην Πορτογαλία για να δημοσιεύσει τα τελευταία ερευνητικά της ευρήματα στο Materials Research Letters με τίτλο “ Βελτιωμένες μηχανικές ιδιότητες και μηχανισμός παραμόρφωσης s σε DED Inconel 625 μέσω εναλλαγής διαδρομής εκτύπωσης , εξερευνώντας συστηματικά την επίδραση του σχεδιασμού της διαδρομής εκτύπωσης στη μικροδομή και τις μηχανικές ιδιότητες του υλικού.

Πηγή [1]

II. Πειραματικές Μέθοδοι

Η μελέτη αυτή χρησιμοποίησε τεχνολογία DED Cold Metal Transfer (CMT) για την κατασκευή δειγμάτων κράματος Inconel 625 σε προστατευτική ατμόσφαιρα μείγματος αερίου 70% Ar + 30% He. Για να εξασφαλιστεί η αξιοπιστία των πειραματικών αποτελεσμάτων, το ερευνητικό τμήμα εξέλιξε τις βασικές παραμέτρους της διαδικασίας: ρεύμα 116 A, ταχύτητα τροφοδοσίας σύρματος 4,6 m/min και πυκνότητα ενέργειας γραμμής 140 J/mm. Εφαρμόστηκε στρατηγική διαδρομής με στροφή 90° ανά στρώση για την παρασκευή κυλινδρικών δοκιμίων με διάμετρο 50 mm και μήκος 100 mm.

Πηγή [1]

Για την ολοκληρωμένη χαρακτηριστική των ιδιοτήτων του υλικού, υιοθετήθηκε μια μέθοδος πολυ-κλίμακας ανάλυσης : η μικροδομική εξέλιξη αναλύθηκε με τη χρήση συστημάτων XRD, OM, SEM-EBSD και TEM. Οι μηχανικές ιδιότητες αξιολογήθηκαν με δοκιμές μικροσκληρότητας και εφελκυστικά πειράματα σε θερμοκρασία περιβάλλοντος και υψηλές θερμοκρασίες (400-850°C).

III. Αποτελέσματα και Συζήτηση

3.1 Μικροδομικά χαρακτηριστικά

Η μικροδομική ανάλυση αποκάλυψε τη σημαντική επίδραση του σχεδιασμού της διαδρομής εκτύπωσης. Σε σύγκριση με τα δείγματα της παραδοσιακής διαδρομής 0°, τα δείγματα που παρασκευάστηκαν με τη διαδρομή 90° εμφάνισαν μοναδικά σχεδόν ισότροπες κρυσταλλικές ιδιότητες: το μέσο μήκος κόκκου ήταν 527 ± 5 μm, το πλάτος ήταν 172 ± 7 μm (λόγος διαστάσεων 3,06) και περιοχές λεπτών κόκκων (37 ± 2 μm) δημιουργήθηκαν στις διεπιφάνειες των στρώσεων. Η ανάλυση XRD επιβεβαίωσε ότι τα δείγματα παρουσιάζουν μονοφασική κυβική δομή με πλέγμα εδροκεντρωμένο.

Πηγή [1]

Έρευνες έχουν επιβεβαιώσει ότι το υψηλό LED σε συνδυασμό με την εναλλαγή διαδρομής μπορεί να μειώσει αποτελεσματικά τη βαθμίδα θερμοκρασίας της λίμνης, να καταστείλει την επιταξιακή ανάπτυξη των κολουμνοειδών κρυστάλλων και να προωθήσει τον σχηματισμό ισοαξονικών κρυστάλλων αυξάνοντας το βάθος επανέναυσης και παρέχοντας νέους πυρήνες, βελτιώνοντας έτσι τη μικροδομή του υλικού . Αυτός ο συνδυασμός διαδικασιών παρέχει αποτελεσματικό μέσο για την επίτευξη της μετατροπής από κολουμνοειδείς σε ισοαξονικούς κρυστάλλους.

3.2 Μηχανικές ιδιότητες υπό θερμοκρασία περιβάλλοντος

Οι δοκιμές μηχανικών ιδιοτήτων υπό θερμοκρασία περιβάλλοντος δείχνουν ότι Τα δείγματα Inconel 625 που παρασκευάστηκαν χρησιμοποιώντας διαδρομή εκτύπωσης 90° παρουσιάζουν εξαιρετική αντοχή-πλαστικότητα, με όριο διαρροής 401 ± 12 MPa, όριο θραύσης 724 ± 5 MPa και επιμήκυνση 57 ± 5% .Το υλικό παρουσιάζει τυπική συμπεριφορά ενίσχυσης διαμόρφωσης σε τρία στάδια, εμφανίζοντας ιδιαίτερα αυξημένη ικανότητα ενίσχυσης διαμόρφωσης στην περιοχή παραμόρφωσης 8–25%, με αποτέλεσμα ένα υψηλό γινόμενο πλαστικότητας-αντοχής 41,3 GPa*%, υπερτερώντας σημαντικά των παραδοσιακών χυτών κραμάτων (32,1 GPa*%).

Πηγή [1]

Η μικροδομική ανάλυση αποκαλύπτει ότι τα σχεδόν ισοαξονικά δείγματα παρουσιάζουν μεγαλύτερα μεγέθη κόκκων (232 ± 16 μm σε σχέση με τα χυτά δείγματα < 130 μm), και η ανωτερότητά τους προέρχεται κυρίως από δύο παράγοντες: πρώτον, τον κύριο ρόλο της ενίσχυσης δια των διατμητικών δομών, και δεύτερον, έναν μοναδικό μηχανισμό παραμόρφωσης. Η μικροσκοπική ανάλυση αποκάλυψε ότι κατά τη διάρκεια της παραμόρφωσης, το υλικό σχηματίζει πυκνές δομές τοίχων διατμητικών δομών και δομές κλειδώματος διατμητικών δομών. Οι μικροδομικές αυτές ιδιότητες αποτρέπουν αποτελεσματικά την κίνηση των διατμητικών δομών, ενισχύοντας έτσι την αντοχή του υλικού . Πιο σημαντικό είναι ότι δεν παρατηρήθηκε συγκέντρωση τάσης στις διεπιφάνειες των επιστρώσεων, και η θραύση προέκυψε πάντα μέσα στα όρια των κόκκων, γεγονός που επιβεβαιώνει ότι οι διεπιφάνειες που σχηματίστηκαν από τη διαδρομή εκτύπωσης δεν επηρεάζουν την απόδοση του υλικού . Είναι αυτή η μοναδική κίνηση δισλοκήσεων σε συνδυασμό με τις διατηρημένες διεπιφάνειες που από κοινού προσδίδουν στο υλικό τις εξαιρετικές ολοκληρωμένες ιδιότητές του.

3.3 Μηχανικές ιδιότητες υψηλής θερμοκρασίας

Η δοκιμή των μηχανικών ιδιοτήτων υψηλής θερμοκρασίας έχει αποκαλύψει την εξαιρετική προσαρμοστικότητα υψηλής θερμοκρασίας του σχεδόν ισότροπου κράματος Inconel 625. Έρευνες δείχνουν ότι στο ευρύ εύρος θερμοκρασιών των 400–850°C, οι ιδιότητες αντοχής αυτού του υλικού υπερέχουν συνεχώς από εκείνες των παραδοσιακών χυτών κραμάτων. Σημειώνεται ότι η επιμήκυνσή του παραμένει σε υψηλότερο επίπεδο κάτω από 700°C, με μόνο μια μικρή μείωση να παρατηρείται μετά την υπέρβαση των 700°C. Μέσω ανάλυσης της μορφολογίας της θραύσης, η μελέτη παρατήρησε ξεκάθαρες μεταβάσεις στη συμπεριφορά θραύσης εξαρτώμενες από τη θερμοκρασία: στους 600°C, η θραύση παρουσίασε τυπικά χαρακτηριστικά διαγρανικής πλαστικής θραύσης, με την επιφάνεια θραύσης να εμφανίζει ομοιόμορφα κατανεμημένες ραβδώσεις πλαστικής παραμόρφωσης· μεταξύ 750°C και 800°C, ο τρόπος θραύσης μεταβαίνει σε διαγρανική θραύση, παρουσιάζοντας χαρακτηριστικά εύθραυστης θραύσης· όταν η θερμοκρασία φτάνει τους 850°C, η επιφάνεια θραύσης παρουσιάζει χαρακτηριστικά μικτής θραύσης με ραβδώσεις πλαστικής παραμόρφωσης και επίπεδα εύθραυστης θραύσης.

Πηγή [1]

Iv. συμπεράσματα

Η παρούσα μελέτη αποκαλύπτει την κρίσιμη επιρροή του σχεδιασμού της διαδρομής εκτύπωσης στη μικροδομή και τις ιδιότητες της κράματος Inconel 625. Με τη χρήση στρατηγικής εκτύπωσης με υψηλή ενεργειακή είσοδο σε συνδυασμό με περιστροφή στρώματος κατά 90°, η παραδοσιακή κολώνα μορφής δομή κόκκων μετατράπηκε επιτυχώς σε ομοιόμορφη σχεδόν ισοαξονική δομή κόκκων. Μέσω προηγμένων τεχνικών ανάλυσης της μικροδομής, διαπιστώθηκε ότι αυτή η μοναδική δομή παρουσιάζει χαρακτηριστικά πρότυπα κίνησης διαταραχών κατά την παραμόρφωση: εκτός από την επίπεδη ολίσθηση, δημιουργούνται επίσης πυκνοί τοίχοι διαταραχών και ειδικές δομές κλειδώματος διαταραχών. Η συνεργιστική αλληλεπίδραση αυτών των μηχανισμών μικροδομής προσδίδει στο υλικό τόσο εξαιρετική αντοχή όσο και πλαστικότητα.

Σημειωτέον, οι ζώνες λεπτών κόκκων μεταξύ των στρωμάτων που δημιουργήθηκαν κατά την εκτύπωση δεν μείωσαν την απόδοση, αλλά την ενίσχυσαν. Τα αποτελέσματα δοκιμών δείχνουν ότι αυτή η βελτιστοποιημένη δομή κρυστάλλων σχεδόν ισοαξονικής μορφής παρουσιάζει εξαιρετικές μηχανικές ιδιότητες σε ευρύ εύρος θερμοκρασιών, από τη θερμοκρασία δωματίου μέχρι υψηλές θερμοκρασίες. Η ανακάλυψη αυτή παρέχει νέες γνώσεις διαδικασιών για την προσθετική κατασκευή υψηλής απόδοσης σε κρίσιμα εξαρτήματα της αεροπορίας και άλλων τομέων, αποκαλύπτοντας μεγάλες προοπτικές εφαρμογών.

Σύνδεσμος εργασίας：

[1] https://doi.org/10.1080/21663831.2025.2476174